D打印调研报告Word文档格式.doc

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2.8电子束熔化成型（Electronbeammelting，EBM） 7

2.9选择性热烧结（Selectiveheatsintering，SHS） 7

2.10粉末层喷头三维打印（Powderbedandinkjethead3dprinting） 7

三.国外3D打印技术 7

3.1国外3D打印技术的研究发展现状 7

3.2国外主要公司发展简介 9

四.国内3D打印技术的研究发展现状 10

五.3D打印技术的应用领域 11

摘要

鉴于3D打印技术的巨大发展潜力和发展空间，而我国的技术发展仍处于初级阶段。

本次调研对3D打印的技术体系，技术难点和国内外产业发展现状、发展态势作了综合介绍，为3D打印技术实验项的发展提供理依据。

主要做了以下调研内容：

（1）3D打印所包含的各种技术；

（2）3D打印技术国内外发展状况及公司简介；

（3）3D打印的应用领域；

关键词

3D打印；

快速成型；

智能制造

一.调研背景

3D打印技术是一种新兴的快速成型技术，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

近一段时间以来受到了社会的广泛关注。

《时代》周刊将3D打印产业列为“美国十大增长最快的工业”。

据WohlersAssociates预测，2015年将达到37亿美元，并预计到2020年达到52亿美元。

随着技术成果的推广和应用，3D打印技术产业的发展呈现出快速增长势头。

从行业分布来看，用于消费电子领域的打印技术仍然占主导地位，大约占20.3%的市场份额，其他主要领域依次是汽车（19.5%）、医疗和医科（15.1%）、工业及商用机器（10.8%）；

从区域分布来看，北美地区（40.2%）、欧洲（29.1%）、亚洲（26.3%）三大区域占主导地位，其中亚洲地区主要集中于日本（38.7%）及中国（32.9%）。

二.3D打印关键技术

3D打印机诞生于20世纪80年代中期，是由美国科学家最早发明的。

3D打印机是指利用3D打印技术生产出真实三维物体的一种设备，其基本原理是利用特殊的耗材（胶水、树脂或粉末等）按照由电脑预先设计好的三维立体模型,通过黏结剂的沉积将每层粉末黏结成型,最终打印出3D实体。

3D打印过程可分为两步，首先在需要成型的区域喷洒特殊的胶水，然后均匀喷洒粉末，粉末遇到胶水会迅速固化黏结，没有胶水的区域仍保持松散状态，重复这一过程直到实体模型被“打印”成型。

由于其分层加工的过程与喷墨打印机十分相似，所以被称为“打印机”。

目前市场上的快速成型技术已经有数十种,其中主要工艺有三维打印技术（ThreeDimensionPrinting，3DP），熔融沉积制造技术（FusedDepositionModeling，FDM）,立体平板印刷技术（StereoLithographyApparatus,SLA）,选择性激光烧结技术（SelectedLaserSintering,SLS）,激光成型技术（DigitalLightingProcess,DLP）,叠层实体制造技术（LaminatedObjectManufacturing，LOM）和UV紫外线成型技术等。

3D打印流程图：

3D虚拟模型

二维图形信息

三维模型

后处理

成品

CAD软件

分割

喷头

基材

3D打印机工作原理：

3D打印是添加剂制造技术的一种形式，在添加剂制造技术中三维对象是通过连续的物理创建出来的。

3D打印是断层扫描的逆过程，断层扫描是把某个东西“切割”成无数叠加的片，3D打印就是一片一片的打印，然后叠加到一起，成为一个立体物体。

每一层的打印过程为两步，首先在需要成型的区域喷洒一层特殊的胶水，胶水液滴本身很小，且不易扩散；

然后是喷洒一层均匀的粉末，粉末遇到胶水会迅速固化粘结，而没有胶水的区域仍然保持松散状态。

这样在一层胶水一层粉末的交替下，实体模型将会被“打印”成型，打印完毕后只要扫除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末可循环了利用。

2.1选择性激光烧结（selectivelasersintering，SLS）

选择性激光烧结是采用激光有选择地分层烧结固体粉末，并使烧结成型的固化层层层叠加生成所需形状的零件。

其整个工艺过程包括CAD模型的建立及数据处理、铺粉、烧结以及后处理等。

SLS技术的快速成型系统工作原理如图1所示。

整个工艺装置由粉末缸和成型缸组成，工作时模块粉末缸活塞（送粉活塞）上升，由铺粉辊将粉末在成型缸活塞（工作活塞）上均匀铺上一层，计算机根据原型的切片模型控制激光束的二维扫描轨迹，有选择地烧结固体粉末材料以形成零件的一个层面。

粉末完成一层后，工作活塞下降一个层厚，铺粉系统铺上新粉，控制激光束再扫描烧结新层。

如此循环往复，层层叠加，直到三维零件成型。

最后，将未烧结的粉末回收到粉末缸中，并取出成型件。

对于金属粉末激光烧结，在烧结之前，整个工作台被加热至一定温度，可减少成型中的热变形，并利于层与层之间的结合。

2.2直接金属激光烧结（Directmetallasersintering，DMLS）

直接金属激光烧结（DMLS）是一种由德国慕尼黑EOS开发的金属添加剂加工技术，有时也被称为选择性激光烧结（SLS）或选择性激光熔化（SLM）。

该过程涉及使用一个三维CAD模型，由此创建一个STL文件发送到本机的软件。

做这个3D模型的技术员为建造的部分确定正确的几何方向，并添加适当的支持结构。

一旦这个“文件”已经完成，它将被“切”成机器建造所需要的层厚度，并且下载到DMLS机允许开始建立。

DMLS机采用的是200瓦高功率镱光纤激光。

在构建室内部，有一个胶料平台和一个带recoater刀片的平台用于添加粉末。

该技术通过聚焦激光束照射将金属粉末融合到固体部分中。

部件一层一层的制造，通常使用20微米厚的层。

此过程允许完全自动地根据3维CAD数据直接建造高度复杂的几何形状。

DMLS是一个净成形工艺，生产的零件精度高，细节分辨率高，表面质量良好和机械性能优良。

优点：

DMLS比传统的制造技术有很多优点。

速度是最突出的优点之一，因为没有必须的特殊工具，部分可以在一个小时内建成。

此外，DMLS允许对样品进行更严格的测试。

由于DMLS可以使用大多数合金，样品现在可以做成与生产元件相同材料的硬件。

DMLS也是为数不多的被用于生产的添加剂制造技术。

既然组件是一层一层建造的，它可以设计不能强制转换的或以其他方式加工的内部功能和通道。

具有多个部件的复杂几何形状的组件可以简化为一个部件更少的性价比更高的组件。

DMLS并不需要特殊的工具，所以适合于小批量的生产。

2.3熔融沉积成型（fuseddepositionmodeling，FDM）

熔融沉积成型是一种不依靠激光作为成型能源、而将各种丝材（如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC等）加热熔化进而堆积成型方法，简称FDM。

熔融沉积成型的原理如下：

加热喷头在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作X-Y平面运动，热塑性丝状材料由供丝机构送至热熔喷头，并在喷头中加热和熔化成半液态，然后被挤压出来，有选择性的涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层大约0.127mm厚的薄片轮廓。

一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的熔覆，好像一层层"

画出"

截面轮廓，如此循环，最终形成三维产品零件。

这种工艺方法同样有多种材料可供选用，如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC、工程塑料PPSF以及ABS与PC的混合料等。

这种工艺干净，易于操作，不产生垃圾，并可安全地用于办公环境，没有产生毒气和化学污染的危险。

适合于产品设计的概念建模以及产品的形状及功能测试。

专门开发的针对医用的材料ABS-i，因为其具有良好的化学稳定性，可采用伽码射线及其他医用方式消毒，特别适合于医用。

技术优点：

1.制造系统可用于办公环境，没有毒气或化学物质的污染；

2.一次成型、易于操作且不产生垃圾；

3.独有的水溶性支撑技术，使得去除支撑结构简单易行，可快速构建瓶状或中空零件以及一次成型的装配结构件；

4.原材料以材料卷的形式提供，易于搬运和快速更换。

5.可选用多种材料，如各种色彩的工程塑料ABS、PC、PPSF以及医用ABS等。

技术缺点：

1.成型精度相对国外先进的SLA工艺较低，最高精度0.127mm

2.成型表面光洁度不如国外先进的SLA工艺；

3.成型速度相对较慢。

2.4立体平版印刷（stereolithography，SLA）

立体平版印刷又称为光敏液相固化法、光固化成形、立体光刻等，使最早出现的技术最成熟和应用最广泛的快速原型技术。

它是在树脂槽中盛满液态光敏树脂，使其在激光束或紫外线光点的照射下快速固化。

这种工艺方法适用于制造中小型工作，能直接得到塑料产品。

它还能代替蜡模制作浇铸模具，以及作为金属喷涂模，环氧树脂模和其它软模的母模，是目前较为成熟的快速原型工艺。

优缺点：

光固化成形的优点之一是它的速度；

功能部件可以在不到一天内制造完成。

生产一个特定部件的时间长短取决于部件的规模和复杂性，可以耗费几小时到一天多。

大多数的光固化机可生产最大尺寸约50×

50×

60厘米的零件和一些其他的零件，如巨大的光固化机（已建立一个210×

70×

80厘米的平台），能生产超过2米长的单部件。

由光固化成型的样品足够强大，可作为注射成型，热成型，吹塑成型，以及各种金属铸造工艺的主要模式。

虽然光固化成形可以产生各种各样的形状，但是这通常是昂贵的；

光固化树脂的价格通常为80到210美元每升，光固化机的成本为100000美元到500000美元以上。

2.5激光成型技术（DLP）

DLP激光成型技术和SLA立体平版印刷技术比较相似，不过它是使用高分辨率的数字光处理器（DLP）投影仪来固化液态光聚合物，逐层的进行光固化，由于每层固化时通过幻灯片似的片状固化，因此速度比同类型的SLA立体平版印刷技术速度更快。

该技术成型精度高，在材料属性、细节和表面光洁度方面可匹敌注塑成型的耐用塑料部件。

2.6融化压模（MeltedandExtrusionModeling，MEM）

2.7分层实体制造（laminatedobjectmanufacturing，LOM）

2.8电子束熔化成型（Electronbeammelting，EBM）

2.9选择性热烧结（Selectiveheatsintering，SHS）

2.10粉末层喷头三维打印（Powderbedandinkjethead3dprinting）

三.国外3D打印技术

3.1国外3D打印技术的研究发展现状

经过十多年的探索和发展，3D打印技术有了长足的进步，目前已经能够在0．01mm的单层厚度上实现600dpi的精细分辨率。

目前国际上较先进的产品可以实现每小时25ram厚度的垂直速率，并可实现24位色彩的彩色打印。

目前，在全球3D打印机行业，美国3DSyst